WO2001089741A1 - Vorrichtung zum stranggiessen von metall, insbesondere von stahl - Google Patents

Vorrichtung zum stranggiessen von metall, insbesondere von stahl Download PDF

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WO2001089741A1
WO2001089741A1 PCT/EP2001/005652 EP0105652W WO0189741A1 WO 2001089741 A1 WO2001089741 A1 WO 2001089741A1 EP 0105652 W EP0105652 W EP 0105652W WO 0189741 A1 WO0189741 A1 WO 0189741A1
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WO
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mold
steel
wall
support grid
mold wall
Prior art date
Application number
PCT/EP2001/005652
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English (en)
French (fr)
Inventor
Joachim Schwellenbach
Michael Vonderbank
Fritz-Peter Pleschiutschnigg
Original Assignee
Sms Demag Aktiengesellschaft
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Priority to US10/276,937 priority patent/US6776215B2/en
Priority to EP01943393A priority patent/EP1286795B1/de
Priority to AT01943393T priority patent/ATE256514T1/de
Priority to JP2001585970A priority patent/JP2003534134A/ja
Priority to DE50101207T priority patent/DE50101207D1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/055—Cooling the moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/059—Mould materials or platings

Definitions

  • the invention relates to a device for the continuous casting of metal, in particular steel, with a mold with mold walls and with a mold cooling device.
  • a device for the continuous casting of metal, in particular steel, with a mold with mold walls and with a mold cooling device.
  • Such a device is used to cast different strand formats, such as slabs, thin slabs, blooms or beam blanks (beam pre-profiles).
  • the mold itself or the strand - as with horizontal continuous casting - can oscillate.
  • the mold itself is arranged in one place and can therefore also be referred to as a stand mold.
  • Such molds as a casting mold for continuous casting plants consist either of mold plates, namely two plates for the wide mold and two plates for the narrow sides of the mold, or of mold tubes.
  • mold plates or mold tubes are made of copper and generally have a thickness of 10 to 50 mm between the water cooling and the side facing the molten steel.
  • the choice of copper plate thickness depends on the heat loads or the heat flow, measured for example in MWh / m 2 or MW / m 2 .
  • the thickness of the copper plates of the mold is between 25 and 50 mm.
  • thin slabs which are operated at casting speeds of up to 10 and in the future up to 15 m / min, have a maximum heat flow of 4-5 MW / m 2 and copper plate thicknesses of 10 to 25 mm.
  • the copper wall In order to do justice to the increasing heat flow with increasing casting speed, the copper wall would have to become ever thinner as the Water cooling. This is difficult, as thinner mold walls can withstand the high water pressures of 5-15 bar, which ensure a corresponding water speed of 5-15m / s, without deformation.
  • too thinly formed copper plates lose strength when the cold-rolled copper is subjected to too high a thermal load when the recrystallization temperature is exceeded.
  • the mold plates are usually mounted on the water boxes or the mold frame by means of bolts which are screwed into the back of the copper plate by means of a thread. This is no longer possible with very thin plates; here the bolts have to be welded onto the copper plates.
  • the invention has for its object to develop a device of the generic type in such a way that the above-mentioned disadvantages no longer occur despite increasing the casting speeds.
  • a device for continuous casting with a mold is to be created, which can transport away high heat flows and can withstand high thermal loads.
  • the assembly should also be improved.
  • At least one mold wall comprises a steel mold wall and a support grid for this steel mold wall, that a magnetic field generator is provided for generating a magnetic field which acts on the steel mold wall via the support grid and thus pulls the steel mold wall onto the support grid, and that the mold cooling device is one Spray cooling includes.
  • such a mold has the particular advantage that the steel mold wall exposed to wear and tear, as opposed to a more expensive copper plate, can be replaced quickly and easily without high-quality processing, if necessary, by "throwing away" the used one, ie feeding it back to the steel recycling process becomes.
  • a simple and less expensive mold spray cooling can be used.
  • the spray cooling acts in the open chambers or passages left by the support grid, ie the thin steel mold wall is cooled immediately, but nevertheless experiences a relatively high support effect.
  • Spray water can be used for spray cooling.
  • the solution according to the invention creates a mold which has heat conduction, which would otherwise require a copper plate thickness of approximately 10 mm or more, which can be easily mounted on a base frame and which allows mold cooling on the water side and at the same time is inexpensive.
  • the steel mold wall proposed according to the invention preferably has a thickness of between 0.5 and 5 mm, the effect of a copper plate corresponds to the thickness of 10 mm, but has constructive advantages and price advantages.
  • the support grid preferably has a support wall with chambers inserted therein, ie the individual chambers or openings in the grid are surrounded by the wall webs of the support wall, the magnetic field being introduced into the mold wall via the support walls.
  • the spray cooling for cooling the mold walls preferably comprises spray nozzles which in the chambers of the support grid have the steel mold wall on the back, i.e. cool through the freely accessible chamber areas or gaps in the grid.
  • These spray nozzles of the mold spray cooling and the feeds for the cooling medium, in particular water, are fully or partially integrated in the supporting walls of the supporting grid.
  • the support grid or the support walls are thick in relation to the steel mold wall.
  • the proposed spray cooling has the advantage that the intensity of the spray cooling can be adjusted functionally to the energy profile in the mold wall via the mold height. This energy curve shows a heat maximum in the upper third of the mold.
  • the intensity of the cooling can be adjusted in a controlled manner by spray cooling by means of individual nozzles arranged one above the other and can thus be adapted to an energy profile with an energy maximum or an energy lobe by cooling more intensely at this point.
  • a further development of the device suggests that a device for checking the surface temperature of the side of the steel mold wall facing the liquid metal is provided, in order to adapt the spray cooling to fluctuations in the surface temperature via a control mechanism.
  • the mold plate can also be mechanically fixed.
  • a fixing device is proposed for fixing the steel mold wall, for example a broad side in the middle of the broad side above the Mold height.
  • the steel mold wall can be fixed horizontally at the mold entrance or at the mold exit.
  • the narrow sides can also be fixed, if they are also stabilized with a support grid.
  • the support walls of the support grid are at their ends facing the steel mold wall, i.e. at the head or at their head, are equipped with balls that serve as (ball) bearings for free, thermally induced, movement of the steel mold wall.
  • the balls are supplied with a fluid medium, for example water or gas.
  • lines are introduced into the support walls, which extend perpendicular to the steel mold wall and which supply the balls or the ball cages on the end faces of the support walls with water or gas.
  • the support grid should include an outer frame with a seal encompassing the grid.
  • the used cooling medium can either drain freely, i.e. drain in an open atmosphere, or drain directed.
  • a collecting chamber is preferably provided on the lower part of the mold wall, which opens into a drain in order to bring the cooling water to a treatment plant if necessary.
  • the cooling medium which has flowed back via the support grid walls, here in particular via a wall part of the support grid arranged at the bottom of a spray nozzle, is collected in the collecting chamber and discharged via the outlet.
  • Fig. 1a is a side view of a mold wall of a mold, here one
  • Fig. 1 b is a transverse view of the mold wall of Fig. 1 a;
  • FIG. 2a shows a transverse view of a mold wall with spray cooling, which is attached to the
  • 3a shows a sectional view of a mold with a sheep's side wall and with a snap side body for width and conicity adjustment;
  • Support walls for storing the steel mold wall on the support grid are provided.
  • the broad mold side 1 of a mold which has two broad and two narrow sides, and is suitable for casting rectangular formats, such as slabs or thin slabs.
  • This broad mold side consists, for example, of a 2 mm thick steel mold wall 2.
  • the steel mold wall 2 which is part of an overall mold wall, is created with the aid of a magnetic field 3.1, which is built up by a magnetic field generator 3.2 and which acts on the steel mold wall 2 via a support grid 3 with support walls 11 , pulled onto the support grid 3.
  • the steel mold wall 2 is preferably a layered steel mold wall 2.1 which consists, for example, of the layers steel / copper or also copper / steel / copper or other metals instead of the copper.
  • the magnetic field generator can preferably be a permanent magnet 3.4.
  • the steel mold wall 2 of 2 mm thickness corresponds with its specific thermal conductivity to a copper wall of about 14 mm.
  • a device 4.1 (shown schematically here) is provided which side with the width 17 and a height 16 fixed in the vertical center line 4, whereby thermal expansion can migrate in half symmetrically in both horizontal directions (here with arrows and reference number 5).
  • the steel mold wall is also fixed on its upper edge 6 or lower edge 7 of the mold in order to be able to expand thermally uniformly in the vertical direction (here designated with a vertical arrow and reference number 8).
  • the embodiment shown here is rod-shaped elements which can be rotated about their longitudinal axis.
  • the back of the steel mold wall 2 is cooled in the chambers 9 of the support grid 3 or the gaps or openings, with the aid of mold spray cooling 10, which comprises spray nozzles, as shown in FIG. 1b shows.
  • the heated cooling water or return spray water 10.2 can flow freely over the support grid walls 11 or support wall struts.
  • the spray water can be collected in a closed room or a collecting chamber 12 in order to be discharged via a drain 12.1, or can be discharged in an open atmosphere 13 (cf. FIG. 3a).
  • the outer frame of the rectangular, magnetized support grid 3.1 is provided all around with a rubber seal 3.3 in order to prevent the mold spray water 10 from uncontrolled escape.
  • the support walls 11 of the support grid 3 are equipped in the head regions 11.1 with balls 11.2, which serve as normal bearings or as fluid bearings for the free, thermally induced movement of the steel mold wall 2.
  • Examples of the bearing points or balls 11.2 are shown in Fig. 1a.
  • the support grid heads 11.1 can also consist of rounded graphite heads 11.1.1 which are intended to promote the thermally induced sliding process.
  • 3b shows a detailed view of the embodiment of the ball bearing. It is a section of a support wall 11 with a support wall head 11.1 with a ball 11.2 received by the head 11.1 for mounting the steel mold wall 2 or
  • the ball bearing cage is supplied with a fluid 11.3, such as water or gas, via a line, which is used to build up a fluid bearing or hydraulic bearing.
  • a fluid 11.3 such as water or gas
  • the spray nozzles 10.1 acting between the support walls 11 or the webs of the grating 3 are also shown.
  • Fig. 2a illustrates the use of the device according to the invention for continuous casting or mold with an immersion spout 23.2 which protrudes into the mold.
  • 24 is pouring slag, with 24.1 casting powder.
  • the liquid steel 23.1 is poured into the mold via the immersion spout 23.2, the solidification beginning with the formation of a strand shell 23 on the mold walls.
  • the casting speed v c is marked with 25. That by the magnetic field generator
  • the mold wall temperature is shown at 15 on the side of the mold facing the liquid steel.
  • a corresponding measuring or control device is provided for measuring the temperature.
  • 2a also shows the embodiments of the mounting with balls 11.2 integrated in the head of the support walls 3 or with rounded heads, preferably made of graphite 11.1.1.
  • a type of storage is preferably used, but it is also covered by the invention that the support wall is provided with both types of storage.
  • the return spray water 10.2 is not collected, but flows openly downward, where it is then collected below the mold, if necessary.
  • the spray cooling or the parameters of the individual spray nozzles can be adapted to the cooling requirements of the mold required in each case.
  • FIG. 2b therefore shows the energy lobe 14 occurring over the mold height, ie a maximum of heat released in the upper third of the mold.
  • the mold wall temperature 15 is measured and the spray cooling is adjusted accordingly over the mold height.
  • the narrow sides of the mold are designed according to the invention, while the narrow sides are made of steel, but have no support grid. However, it is also covered by the invention that both the broad and narrow sides or only the narrow sides of the mold are designed according to the invention.
  • the narrow sides 18 consist of steel.
  • the narrow side 18 attains a high degree of stability through a slightly concave and / or internal convexity 18.1. It is mounted on the actual narrow side body 19, which permits a width adjustment 20 and conicity adjustment 21 of the mold.
  • This type of construction allows a water pressure of up to 20 bar in the area of conventionally designed narrow side mold water cooling, here marked with 22.
  • a water-displacing body is identified by 22.1.
  • the narrow sides of the mold can also correspond to the prior art and consist of water-cooled copper plates. The components already explained in the other figures have corresponding reference numerals in FIG. 3a.
  • the chambers 9 or openings of the support grid 3 can take any shape, rectangular shapes are shown, these chambers preferably have a honeycomb shape, these chambers 9 and 12, respectively extend between the support walls 11.
  • a mold for continuous casting is created, which allows a high controlled heat conduction and simple assembly, in particular assembly of the steel mold wall.
  • the steel mold temperature can be checked in the casting direction (vertical) as well as transversely to the casting direction (horizontal).
  • the steel mold wall can serve as a type of disposable steel plate, which makes high-quality and expensive maintenance work in the event of wear and tear unnecessary.
  • a relatively simple mold spray cooling can be used, the effect or intensity of which can be set functionally via the mold height to the energy lobe. Normal water spray can be used, the mold has a simple construction at a relatively low cost.
  • fluid such as B. gas or water, which is used to build a fluid bearing or hydraulic bearing

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)

Abstract

Um eine Vorrichtung zum Stranggießen von Metall, insbesondere von Stahl, mit einer Kokille mit Kokillenwänden (1, 18) sowie mit einer Kokillenkühleinrichtung dahingehend weiterzuentwickeln, daß sie hohe Wärmeströme abtransportieren kann sowie thermisch belastbar ist und damit geeignet ist für den Einsatz bei hohen Gießgeschwindigkeiten, soll mindestens eine Kokillenwand (1, 18) der Kokille dieser Vorrichtung eine Stahlkokillenwand (2) umfassen sowie ein Stützgitter (3) für diese Stahlkokillenwand, wobei ein Magnetfelderzeuger (3.2) vorhanden ist zur Erzeugung eines Magnetfeldes (3.1), das über das Stützgitter (3) auf die Stahlkokillenwand (2) einwirkt und so die Stahlkokillenwand (2) auf das Stützgitter (3) zieht, und wobei die Kokillenkühleinrichtung eine Spritzkühlung (10) umfaßt.

Description

Vorrichtung zum Stranggießen von Metall, insbesondere von Stahl
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Stranggießen von Metall, insbesondere von Stahl, mit einer Kokille mit Kokillenwänden sowie mit einer Kokillenkuhleinrichtung. Eine solche Vorrichtung dient zum Gießen von unterschiedlichen Strangformaten, wie zum Beispiel Brammen, Dünnbrammen, Vorblöcke oder Beam Blanks (Trägervorprofile). Hierbei kann die Kokille selbst oder der Strang - wie beim Horizontalstrangguß - oszillieren. Die Kokille selbst ist aber an einem Ort angeordnet und kann daher auch als Standkokille bezeichnet werden.
Solche Kokillen als Gießform für Stranggußanlagen bestehen entweder aus Kokillenplatten, und zwar zwei Platten für die Kokillenbreit- und zwei Platten für die Kokillenschmalseiten, oder aus Kokillenrohren.
Diese Kokillenplatten oder Kokillenrohre bestehen aus Kupfer und weisen in der Regel eine Dicke von 10 bis 50 mm zwischen der Wasserkühlung und der der Stahlschmelze zugewandten Seite auf.
Die Wahl der Kupferplattendicke hängt von den Wärmebelastungen oder dem Wärmestrom, gemessen beispielsweise in MWh/m2 oder MW/m2, ab. So weisen Stranggießanlagen mit einer Kokille für Brammenformate von einer Dicke größer 150 mm und einer Breite bis 3 m, die mit einer Gießgeschwindigkeit von maximal etwa 2,5m/min gefahren werden, einen Wärmestrom von maximal 2 MW/m2 auf. Die Dicke der Kupferplatten der Kokille liegt zwischen 25 bis 50 mm. Dagegen weisen Dünnbrammen, die mit Gießgeschwindigkeiten von bis zu 10 und in Zukunft bis 15 m/min gefahren werden, einen Wärmestrom von maximal 4-5 MW/m2 auf sowie Kupferplattendicken von 10 bis 25 mm.
Um dem mit steigender Gießgeschwindigkeit steigenden Wärmestrom gerecht zu werden, müßte die Kupferwand immer dünner werden bei Intensivierung der Wasserkühlung. Dies ist schwierig, da dünner ausgebildete Kokillenwände immer schlechter den hohen Wasserdrücken von 5-15 bar, die für eine entsprechende Wassergeschwindigkeit von 5-15m/s sorgen, ohne Deformation standhalten. Zudem ergibt sich der Nachteil, daß zu dünn ausgebildete Kupferplatten bei einer zu hohen thermischen Belastung des kaltgewalzten Kupfers durch Überschreiten der Rekristallisationstemperatur an Festigkeit verlieren. Außerdem ergeben sich Probleme bei der Montage von sehr dünnen Kokillenkupfer- platten auf dem Kokillenrahmen. Üblicherweise werden die Kokillenplatten auf die Wasserkästen bzw. den Kokillenrahmen mittels Bolzen montiert, die mittels eines Gewindes rückseitig in die Kupferplatte eingeschraubt werden. Dies ist bei sehr dünnen Platten nicht mehr möglich; hier müssen die Bolzen auf die Kupferplatten aufgeschweißt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gattungsgemäßer Art derart weiterzubilden, daß die oben genannten Nachteile trotz Erhöhung der Gießgeschwindigkeiten nicht mehr auftreten. Insbesondere soll eine Vorrichtung zum Stranggießen mit einer Kokille geschaffen werden, die hohe Wärmeströme abtransportieren kann und thermisch hoch belastbar ist. Auch soll die Montage verbessert werden.
Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß mindestens eine Kokillenwand eine Stahlkokillenwand sowie ein Stützgitter für diese Stahlkokillenwand umfaßt, daß ein Magnetfelderzeuger vorhanden ist zur Erzeugung eines Magnetfeldes, das über das Stützgitter auf die Stahlkokillenwand einwirkt und so die Stahlkokillenwand auf das Stützgitter zieht, und daß die Kokillenkuhleinrichtung eine Spritzkühlung umfaßt. Mittels dieser Merkmale wird eine Kokille geschaffen, die eine dünne Kokillenwand mit hoher und kontrollierter Wärmeableitungseigenschaften auch bei hohen Gießgeschwindigkeiten aufweist. Die Kokillenwand setzt sich einerseits aus einer zur Metallschmelze hinweisenden Stahlkokillenwand sowie andererseits aus einem Stützgitter zur Stabilisierung dieser Stahlkokillenwand zusammen. Aufgrund der magnetischen Anziehungskräfte kann die Stahlkokillenwand einfach montiert werden. Zudem weist eine solche Kokille den besonderen Vorteil auf, daß die durch die Stahlschmelze dem Verschleiß ausgesetzte Stahlkokillenwand anders als eine kostspieligere Kupferplatte gegebenenfalls schnell und unkompliziert ohne hochwertige Bearbeitung ersetzt werden kann, indem die Gebrauchte "weggeworfen" wird, d.h. dem Stahlrecycling-Prozeß wieder zugeführt wird. Mit Hilfe der vorgeschlagenen doublierten Wand, bestehend aus dünner Stahlwand und Abstützgitter, kann eine einfache und weniger kostspielige Kokillenspritzkühlung zum Einsatz kommen. Um keine hohen Kokillenkühl- wasserdrücke, beispielsweise von bis zu 15 oder 20 bar aufbauen zu müssen, wirkt die Spritzkühlung in den von dem Stützgitter gelassenen offenen Kammern bzw. Durchlässen, d.h. die dünne Stahlkokillenwand wird unmittelbar gekühlt, erfährt aber trotzdem eine relativ hohe Abstützwirkung. Bei der Spritzkühlung ist der Einsatz von Spritzwasser möglich. Insgesamt ergibt sich bei hohen Wirkungsgraden hinsichtlich des Abtransportes von Wärme eine einfache Kokillenkonstruktion und deshalb eine relativ preisgünstige Kokille. Die erfindungsgemäße Lösung schafft eine Kokille, die eine Wärmeleitung aufweist, die ansonsten eine Kupferplattenstärke von etwa 10 mm oder mehr erfordern würde, die leicht auf einen Grundrahmen montierbar ist und die eine Kokillenkühlung wasserseitig zuläßt und gleichzeitig kostengünstig ist.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Stahlkokillenwand weist vorzugsweise eine Dicke zwischen 0,5 und 5 mm auf, sie entspricht in ihrer Wirkung einer Kupferplatte der Dicke von 10 mm, weist aber konstruktive Vorteile sowie Preisvorteile auf. Bevorzugt weist das Stützgitter eine Stützwand mit darin eingebrachten Kammern auf, d.h. die einzelnen Kammern oder Durchbrüche des Gitters sind von den Wandstegen der Stützwand umgeben, wobei über die Stützwände das Magnetfeld in die Kokillenwand eingeleitet wird.
Die Spritzkühlung zur Kühlung der Kokillenwände umfaßt vorzugsweise Spritzdüsen, die in den Kammern des Stützgitters rückseitig die Stahlkokillenwand, d.h. durch die frei zugänglichen Kammerbereiche oder Lücken im Gitter, kühlen. Diese Spritzdüsen der Kokillenspritzkühlung sowie die Zuführungen für das Kühlmedium, insbesondere Wasser, sind in den Stützwänden des Stützgitters ganz oder teilweise integriert. Insgesamt sind das Stützgitter bzw. die Stützwände im Verhältnis zu der Stahlkokillenwand dick ausgebildet.
Die vorgeschlagene Spritzkühlung hat den Vorteil, daß die Intensität der Spritzkühlung funktional zum Energieverlauf in der Kokillenwand über die Kokillenhöhe einstellbar ist. Dieser Energieverlauf weist etwa im oberen Drittel der Kokille eine Wärmemaximum auf. Durch eine Spritzkühlung mittels einzelner, übereinander angeordneter, Düsen kann die Intensität der Kühlung kontrolliert eingestellt werden und damit an einen Energieverlauf mit Energiemaximum bzw. eine Energiekeule angepaßt werden, indem gerade an dieser Stelle intensiver gekühlt wird.
Eine Weiterbildung der Vorrichtung schlägt vor, daß eine Einrichtung zur Kontrolle der Oberflächentemperatur der der Flüssigmetall zugewandten Seite der Stahlkokillenwand vorhanden ist, um gegebenenfalls die Spritzkühlungen über einen Regelmechanismus an Schwankungen der Oberflächentemperatur anzupassen.
Neben der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Fixierung der Stahlkokillenplatte an das Stützgitter kann die Kokillenplatte zusätzlich mechanisch fixiert werden. Hierzu wird eine Fixierungsvorrichtung vorgeschlagen zur Fixierung der Stahlkokillenwand beispielsweise einer Breitseite in der Mitte der Breitseite über der Kokillenhöhe. Zudem kann die Stahlkokillenwand am Kokilleneingang oder am Kokillenausgang horizontal fixiert werden. Neben den Breitseiten können ggf. auch die Schmalseiten, wenn sie ebenfalls mit einem Stützgitter stabilisiert sind, fixiert sein.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Stützwände des Stützgitters an ihren zur Stahlkokillenwand weisenden Enden, d.h. kopfseitig oder an ihrem Kopf, mit Kugeln ausgestattet sind, die als (Kugel-)Lager für eine freie, thermisch bedingte, Bewegung der Stahlkokillenwand dienen. Zum Aufbau eines Fluid-Lagers werden die Kugeln mit einem Fluidmedium, beispielsweise Wasser oder Gas, versorgt. Hierzu sind Leitungen in die Stützwände eingebracht, die sich senkrecht zur Stahlkokillenwand erstrecken und die die Kugeln bzw. die Kugelkäfige an den Stirnseiten der Stützwände mit Wasser oder Gas versorgen.
Damit das Spritzwasser nach dem Aufspritzen auf die freien Rückwandbereiche der Stahlkokillenwand nicht unkontrolliert abließt, soll nach einer Weiterbildung der Erfindung das Stützgitter einen das Gitter umgreifenden äußeren Rahmen mit einer Dichtung umfassen.
Nach hinten, d.h. zu der von der Stahlschmelze wegweisenden Seite, kann das verbrauchte Kühlmedium entweder frei abließen, d.h. an offener Atmosphäre abfließen, oder gerichtet abfließen. Im zweiten Fall ist vorzugsweise eine Sammelkammer am unteren Teil der Kokillenwand vorgesehen, die in einen Abfluß mündet, um das Kühlwasser ggf. zu einer Aufbereitungsanlage zu bringen. In der Sammelkammer wird das über die Stützgitterwände, hier insbesondere über einen jeweils zu einer Spritzdüse unten angeordneten Wandteil des Stützgitters, zurückgeflossene Kühlmedium gesammelt und über den Ablauf abgeführt.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert werden. Dabei sind neben den oben aufgeführten Kombinationen von Merkmalen auch Merkmale alleine oder in anderen Kombinationen erfindungswesentlich. Es zeigen:
Fig. 1a eine Seitenansicht auf eine Kokillenwand einer Kokille, hier eine
Breitseite einer Kokille zum Gießen von Strängen in Rechteckformat, gesehen von der Seite der Stahlschmelze;
Fig. 1 b eine Queransicht der Kokillenwand der Fig. 1 a;
Fig.2a eine Queransicht einer Kokillenwand mit Spritzkühlung, die an die
Energiestromverteilung über die Kokillenhöhe angepaßt ist,
Fig.2b die Darstellung des Wärmestromverlaufs über die Kokillenhöhe;
Fig. 3a eine Schnittansicht einer Kokille mit Schmafseitenwand sowie mit einem Schrnalseitenkörper zur Breiten- sowie zur Konizitätsverstellung;
Fig. 3b eine Detailaπsicht der Kugellagerlösung im kopfseitigen Ende der
Stützwände zur Lagerung der Stahlkokillenwand auf dem Stützgitter.
Mit Fig. 1 a ist die Breitseite 1 einer Kokille, die zwei Breit- und zwei Schmalseiten aufweist, und zum Gießen von Rechteckformaten, wie Brammen oder Dünnbrammen geeignet ist, gezeigt. Diese Kokillenbreitseite besteht beispielhaft aus einer 2 mm dicken Stahlkokillenwand 2. Die Stahlkokillenwand 2, die Teil einer Gesamtkokillenwand ist, wird mit Hilfe eines Magnetfeldes 3.1 , das von einem Magnetfelderzeuger 3.2 aufgebaut wird und das über ein Stützgitter 3 mit Stützwänden 11 auf die Stahlkokillenwand 2 einwirkt, auf das Stützgitter 3 gezogen. Die Stahlkokillenwand 2 ist vorzugsweise eine geschichtete Stahlkokillenwand 2.1 , die beispielsweise aus den Schichten Stahl/Kupfer oder auch Kupfer/Stahl/Kupfer oder anderer Metalle anstelle des Kupfers besteht. Der Magnetfelderzeuger kann vorzugsweise ein Permanentmagnet 3.4 sein.
Die Stahlkokillenwand 2 von 2 mm Dicke entspricht mit ihrer spezifischen Wärmeleitfähigkeit einer Kupferwand von etwa 14 mm. Zur zusätzlichen Fixierung ist eine Vorrichtung 4.1 (hier schematisch dargestellt) vorgesehen, die die Breit- seite mit der Breite 17 und einer Höhe 16 in der Senkrecht-Mittellinie 4 fixiert, wodurch eine Wärmeausdehnung symmetrisch in beide horizontalen Richtungen (hier mit Pfeilen und dem Bezugszeichen 5 versehen) hälftig wandern kann.
Weiterhin ist die Stahlkokillenwand an ihrer Oberkante 6 oder Unterkante 7 der Kokille ebenfalls fixiert, um sich gleichförmig thermisch in vertikaler Richtung (hier mit einem vertikalen Pfeil sowie dem Bezugszeichen 8 bezeichnet) ausdehnen zu können. Bei der hier gezeigten Ausführungsform handelt es sich um stabförmige Elemente, die um ihre Längsachse drehbar sind.
Um keinen hohen Kokillenkühlwasserdruck von bis zu 15 oder 20 bar aufbauen zu müssen, wird in den Kammern 9 des Stützgitters 3 bzw. den Lücken oder Durchbrüchen, mit Hilfe einer Kokillenspritzkühlung 10, die Spritzdüsen umfaßt, die Rückseite der Stahlkokillenwand 2 gekühlt, wie Fig. 1b zeigt. Das aufgeheizte Kühlwasser oder Rücklauf-Spritzwasser 10.2 kann frei über die Stützgitterwände 11 bzw. Stützwandstreben, abfließen. Hierzu kann das Spritzwasser in einem geschlossenen Raum oder einer Sammelkammer 12 gesammelt werden, um über einen Abfluß 12.1 abgeführt zu werden, oder an offener Atmosphäre 13 abgeführt werden (vgl. Fig. 3a).
Der äußere Rahmen des rechteckigen, magnetisierten, Stützgitters 3.1 ist ringsherum mit einer Gummidichtung 3.3 versehen, um das Kokillenspritzwas- ser 10 an einem unkontrollierten Austritt zu hindern.
Die Stützwände 11 des Stützgitters 3 sind in den Kopfbereichen 11.1 mit Kugeln 11.2 ausgestattet, die als Normal-Lager oder als Fluid-Lager für die freie thermisch bedingte Bewegung der Stahlkokillenwand 2 dienen. Beispiele der Lagerpunkte bzw. Kugeln 11.2 sind aus Fig. 1a ersichtlich. Anstelle der Ausstattung mit Kugeln können die Stützgitterköpfe 11.1 auch aus abgerundeten Graphitköpfen 11.1.1 bestehen, die den thermisch bedingten Gleitvorgang fördern sollen. Eine Detailansicht der Ausführungsform der Kugellagerung zeigt Fig. 3b. Es ist ein Ausschnitt einer Stützwand 11 mit Stützwandkopf 11.1 mit von dem Kopf 11.1 aufgenommener Kugel 11.2 zur Lagerung der Stahlkokillenwand 2 bzw.
2.1 dargestellt. Der Kugellagerkäfig wird über eine Leitung mit einem Fluid 11.3, wie Wasser oder Gas, versorgt, das zum Aufbau eines Fluid-Lagers oder Hy- dro-Lagers dient. Die zwischen den Stützwänden 11 bzw. den Stegen des Gitters 3 wirkenden Spritzdüsen 10.1 sind ebenfalls dargestellt.
Fig. 2a verdeutlicht den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Stranggießen bzw. Kokille mit einem Tauchausguß 23.2, der in die Kokille ragt. Mit 24 ist Gießschlacke, mit 24.1 Gießpulver bezeichnet. Der flüssige Stahl 23.1 wird über den Tauchausguß 23.2 in die Kokille gegossen, wobei die Erstarrung mit Bildung einer Strangschale 23 an den Kokillenwänden beginnt. Die Gießgeschwindigkeit vc ist mit 25 gekennzeichnet. Das durch den Magnetfelderzeuger
3.2 bzw. 3.4 erzeugte Magnetfeld 3.1 kann so ausgebildet sein, daß es die Stahlströmung in der Kokille im Sinne einer elektromagnetischen Bremse 3.1.1 beeinflußt.
In Fig. 2a ist mit 15 die Kokillenwandtemperatur auf der dem flüssigen Stahl zugewandten Seite der Kokille dargestellt. Zur Messung der Temperatur ist eine entsprechende Meß- bzw. Kontrolleinrichtung vorgesehen. In Fig. 2a sind ebenfalls die Ausführungsformen der Lagerung mit in dem Kopf der Stützwände 3 integrierten Kugeln 11.2 oder mit abgerundeten Köpfen, vorzugsweise aus Graphit 11.1.1 , ersichtlich. Vorzugsweise kommt eine Art der Lagerung zu Anwendung, es ist aber auch von der Erfindung erfaßt, daß die Stützwand mit beiden Lagerungsarten versehen ist. Bei der in Fig. 2a gezeigten Kokille mit Spritzkühlung wird das Rücklauf-Spritzwasser 10.2 nicht aufgefangen, sondern strömt offen nach unten, wobei es dann unterhalb der Kokille ggf. aufgefangen wird. Es ist ein bevorzugtes Merkmal der Erfindung, daß die Spritzkühlung bzw. die Parameter der einzelnen Spritzdüsen an die jeweils notwendigen Kühlbedürfnisse der Kokille anpaßbar sind. In Gegenüberstellung zu Fig. 2a zeigt daher Fig. 2b die anfallende Energiekeule 14 über die Kokillenhöhe, d.h. ein Maximum an freiwerdender Wärme im oberen Drittel der Kokille. Zur Regelung wird die Kokillenwandtemperatur 15 gemessen und die Spritzkühlung über die Kokillenhöhe entsprechend angepaßt.
Fig. 3a stellt eine Ausführungsform der Kokille mit Blick auf eine Schmalseite 18 dar. Bei dieser Ausführungsform sind die Breitseiten der Kokille erfindungsgemäß ausgebildet, während die Schmalseiten zwar aus Stahl bestehen, aber kein Stützgitter aufweisen. Es ist aber ebenso von der Erfindung erfaßt, daß sowohl die Breit- als auch Schmalseiten oder nur die Schmalseiten der Kokille erfindungsgemäß ausgebildet sind. Bei der gezeigten Ausführungsform bestehen die Schmalseiten 18 aus Stahl. Die Schmalseite 18 erlangt durch eine leicht konkave und/oder innere Konvexität 18.1 eine hohe Stabilität. Sie ist auf den eigentlichen Schmalseitenkörper 19, der eine Breitenverstellung 20 und Konizitätsverstellung 21 der Kokille zuläßt, montiert. Diese Art der Konstruktion läßt einen Wasserdruck von bis zu 20 bar im Bereich der konventionell ausgebildeten Schmalseitenkokillenwasserkühlung, hier mit 22 gekennzeichnet, zu. Mit 22.1 ist ein wasserverdrängender Körper gekennzeichnet. Nach einer anderen Ausführungsform können die Schmalseiten der Kokille auch dem Stand der Technik entsprechen und aus wassergekühlten Kupferplatten bestehen. Die bereits in den anderen Fig. erläuterten Bauteile weisen in Fig. 3a entsprechende Bezugszeichen auf.
Zurückkommend auf die erfindungsgemäß vorgeschlagene Wandkonstruktion einer Gießkokille für den Strangguß mit entsprechender Kühlung können die Kammern 9 bzw. Durchbrüche des Stützgitters 3 jede beliebige Form annehmen, gezeigt sind rechteckige Formen, vorzugsweise weisen diese Kammern eine Wabenform auf, wobei diese Kammern 9 bzw. 12 sich zwischen den Stützwänden 11 erstrecken. Insgesamt wird eine Kokille zum Stranggießen geschaffen, die eine hohe kontrollierte Wärmeleitung erlaubt sowie eine einfache Montage, insbesondere Montage der Stahlkokillenwand. Eine Kontrolle der Stahlkokillentemperatur kann in Gießrichtung (vertikal) als auch quer zur Gießrichtung (horizontal) erfolgen. Die Stahlkokillenwand kann als Art einer Wegwerfstahlplatte dienen, die eine hochwertige und teure Wartungsbearbeitung bei Verschleiß überflüssig macht. Eine relativ einfache Kokillenspritzkühlung kann zum Einsatz kommen, die über die Kokillenhöhe funktional zur Energiekeule in ihrer Wirkung bzw. Intensität einstellbar ist. Es kann normales Spritzwasser verwendet werden, die Kokille weist eine einfache Konstruktion auf bei im Verhältnis geringen Kosten.
Bezugszeichenliste:
1 Breitseite einer Brammenkokille
2 Stahlkokillenwand, beispielsweise die Breitseite einer Bramme 2.1 geschichtete Stahlkokillenwand beispielsweise aus Stahl/Cu,
Cu/Stahl/Cu oder Me/Stahl/me
3 Stützgitter, Grid
3.1 Magnetfeld
3.1.1 elektromagnetische Bremse für die Beruhigung der Strömung des Stahles in der Kokille, EMBR
3.2 Magnetfelderzeuger
3.3 Dichtung, beispielsweise eine Gummidichtung
3.4 Permanentmagnet
4 senkrechte Mittenlinie der Breitseite
4.1 Vorrichtung zur Fixierung der Stahlkokillenwand (2)
5 horizontale Richtung
6 Oberkante der Kokille, Kokilleneingang
7 Unterkante der Kokille, Kokillenausgang
8 vertikale Richtung, Gießrichtung einer Brammenanlage
9 Lücken, Kammern des Stützgitters (3)
10 Kokillenspritzkühlung
10.1 Spritzdüsen, Düsenkopf
10.2 Rücklauf-Spritzwasser Stützwände des Stützgitters (3) mit Kammern (9)
11.1 Kopf der Stützwand
11.1.1 Kopf der Stützwand aus Graphit
1 1.2 Kugeln, die als Lager für die freie thermisch bedingte Bewegung der Stahlkokillenwand (2) dienen
11.3 Fluid wie z. B. Gas oder Wasser, das zum Aufbau eines Fluid-Lagers oder Hydro-Lagers dient
12 geschlossener Raum, Kammer der Kokillenspritzkühlung (10) 12.1 Spritzwasserablauf
13 offene Atmosphäre der Kokillenspritzkühlung (10)
14 Energiekeule
15 Kokillenwandtemperatur auf der dem flüssigen Stahl zugewandten Seite
16 Kokillenhöhe
17 Kokillenbreite
18 Schmalseite
18.1 konkave und/oder innen konvexe Form der wärmeabführender. Scbmal- seitenwand
19 Schmalseitenkörper
20 Breitenverstellung
21 Konizitätsverstellung
22 Konventionelle Schmalseiten-Kokillenwasserkühlung mit Wasserdrücken von max. 20 bar
22.1 wasserverdrängender Körper
23 Strangschale
23.1 flüssiger Stahl
23.2 Tauchausguß
24 Gießschlacke 24.1 Gießpulver
25 Gießgeschwindigkeit, Vc
26 Wabenform der Stützgitter (3)

Claims

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Stranggießen von Metall, insbesondere von Stahl, mit einer Kokille mit Kokillenwänden (1 , 18) sowie mit einer Kokillenkuhleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Kokillenwand (1 , 18) eine Stahlkokillenwand (2) sowie ein Stützgitter (3) für diese Stahlkokillenwand umfaßt, daß ein Magnetfelderzeuger (3.2) vorhanden ist zur Erzeugung eines Magnetfeldes (3.1), das über das Stützgitter (3) auf die Stahlkokillenwand (2) einwirkt und so die Stahlkokillenwand (2) auf das Stützgitter (3) zieht, und daß die Kokillenkuhleinrichtung eine Spritzkühlung (10) umfaßt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlkokillenwand (2) eine Dicke zwischen 0,5 und 5 mm aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlkokillenwand (2.1) aus Metallschichten besteht mit mindestens einer Stahlschicht, vorzugsweise aus der Schichten Stahl/Kupfer oder Metall/Stahl/Metall, wobei das Metall beispielsweise Kupfer ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützgitter (3) eine Stützwand (11) mit darin eingebrachten Kammern (9) umfaßt, wobei über die Stützwände (11) das Magnetfeld (3.1) in die Stahlkokillenwand (2) eingeleitet wird.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzkühlung (10) Spritzdüsen 10.1) umfaßt, die in den Kammern (9) des Stützgitters (3) rückseitig die Stahlkokillenwand (2) kühlen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität der Spritzkühlung (10) funktional zum Energieverlauf in der Kokillenwand über die Kokillenhöhe einstellbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung zur Kontrolle der Oberflächentemperatur (15) der der Flüssigmetall zugewandten Seite der Stahlkokillenwand (2) aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokillenwand (1), die eine Stahlkokillenwand (2) sowie ein Stützgitter (3) für diese Stahlkokillenwand (2) umfaßt, eine oder beide der Breitseiten (1) einer Kokille zum Gießen von Rechteckformaten, insbesondere Brammen- oder Dünnbrammenformaten, ist, und daß die jeweilige Stahlkokillenwand (2) einer Breitseite (1) in der Mitte der Breitseite über der Kokillenhöhe (16) mittels einer Fixierungsvorrichtung (4.1) fixiert ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokille einen Kokilleneingang (6) sowie einen Kokillenausgang (7) aufweist und daß die Stahlkokillenwand (2) am Kokilleneingang (6) oder am Kokillenausgang (7) horizontal fixiert ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Stützwände (11) des Stützgitters (3) an ihren zur Stahlkokillenwand (2) weisenden Enden mit Kugeln (11.2) ausgestattet sind, die als Lager für eine freie, thermisch bedingte, Bewegung der Stahlkokillenwand (2) dienen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (11.2) des Kugellagers mit Hilfe eines Fluidmediums betreibbar sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Stützwände (11) des Stützgitters (3) an ihren zur Stahlkokillenwand (2) weisenden Enden Stützgitterköpfe aus Graphit (11.1.1) aufweisen, die vorzugsweise abgerundet ausgebildet sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützgitter (3) einen das Stützgitter umgreifenden äußeren Rahmen umfaßt und daß dieser äußere Rahmen eine Dichtung (3.3) zur Kontrolle des Rücklaufs des Kokillenspritzkühlmediums (10.2) , insbesondere Wasser, aufweist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zum gerichteten Abführen des auf die Stahlkokillenwand (2) aufge- spritzten Kühlmediums (10.2) eine Sammelkammer (12) und ein Ablauf (12.1) vorhanden sind, wobei in der Sammelkammer (12) das über die Stützgitterwände (11) zurückgeflossene Kühlmedium (10.2) gesammelt wird und über den Ablauf (12.1) abgeführt wird, oder daß das aufgespritzte Kühlmedium (10.2) an offener Atmosphäre (13) abgeführt wird.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die die Schmalseiten (18) der Kokille bildenden Kokillenwände eine Stahlwand umfassen, die eine innere Konvexität (18.1) zur mechanischen Stabilisierung aufweist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die die Schmalseiten der Kokille bildenden Kokillenwände aus Kupferplatten bestehen.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Stahlschmalseite (18) auf einem Schmalseitenkörper (19) montiert ist, der eine Einstellung der Breite des Brammenformates und der Konizität der Schmalseiten zuläßt.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzdüsen (10.1) der Kokillenspritzkühlung (10) sowie die Zuführungen für das Kühlmedium (11.3), insbesondere Wasser, in den Stützwänden (11) des Stützgitters (3) ganz oder teilweise integriert sind.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (9) des Stützgitters (3) eine Wabenform aufweisen.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfelderzeuger (3.2) ein Permanentmagnet (3.4) ist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das durch den Magnetfelderzeuger (3,2) erzeugte Magnetfeld (3.1) auch als elektromagnetische Bremse (3.1.1) auf den strömenden Metallschmelzestrahl 23.1) in der Kokille wirkt.
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